杜德恒，李宏偉，陳　泳，蔡曉清，馮和永，張衛(wèi)華，陳東紅，周正國，高　偉

(北京北方車輛集團(tuán)有限公司 工藝技術(shù)中心，北京 100072)

基于Dynaform的底甲板壓型過程數(shù)值模擬分析

杜德恒，李宏偉，陳泳，蔡曉清，馮和永，張衛(wèi)華，陳東紅，周正國，高偉

(北京北方車輛集團(tuán)有限公司 工藝技術(shù)中心，北京 100072)

摘要：底甲板成型過程中材料流動情況復(fù)雜，成型后產(chǎn)品易產(chǎn)生回彈，影響產(chǎn)品尺寸精度。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況，根據(jù)產(chǎn)品成型特點(diǎn)，應(yīng)用Dynaform軟件模擬分析不同成型參數(shù)下板料成型過程中的材料應(yīng)變分布、厚度變化及回彈情況。根據(jù)模擬結(jié)果，分析模具間隙、保壓時間和成型溫度等工藝參數(shù)對沖壓件產(chǎn)品質(zhì)量的影響，預(yù)測產(chǎn)品在沖壓成型過程中的質(zhì)量問題，為工藝設(shè)計(jì)及模具結(jié)構(gòu)改進(jìn)提供了理論依據(jù)，并且提高了產(chǎn)品的成型尺寸精度。

關(guān)鍵詞：Dynaform；數(shù)值模擬；底甲板；壓型

在特種車輛上，很多零件是用特種鋼板(厚度一般為6～10 mm)壓制而成的。在制造這些厚板零件時，因在常溫下加工，會產(chǎn)生嚴(yán)重的加工硬化、翹形和裂紋等現(xiàn)象，所以采用熱壓成型[1]技術(shù)來進(jìn)行加工。熱壓成型技術(shù)由瑞典的Hard Tech公司于20世紀(jì)80年代首次提出，它是一項(xiàng)專門用于成型高強(qiáng)度厚鋼板沖壓件的新技術(shù)，其工藝流程如圖1所示。成型過程的工藝參數(shù)、模具結(jié)構(gòu)、材料性能、毛坯形狀和尺寸、邊界條件、模具和板材之間的摩擦、模具間隙、金屬流動及殘余應(yīng)力等對沖壓件的產(chǎn)品質(zhì)量有很大影響[2]。傳統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)方法主要依賴于技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)和直覺，很多因素需要通過生產(chǎn)中的反復(fù)試驗(yàn)來調(diào)整，結(jié)果很難達(dá)到縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低生產(chǎn)成本的目的，同時產(chǎn)品質(zhì)量也不易保證；因此，如何迅速且準(zhǔn)確地預(yù)測整個熱壓成型過程中可能出現(xiàn)的各種問題，并確定其中的一些重要工藝參數(shù)，成為熱壓成型工藝發(fā)展及推廣的瓶頸問題[3-5]。

[3] 趙宗讓．電廠鍋爐SCR煙氣脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化[J]．中國電力，2005，38(11)：69-74．

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責(zé)任編輯彭光宇北京北方車輛集團(tuán)有限公司加工的底甲板產(chǎn)品如圖2所示。材料為特種鋼(616鋼)，厚度為6 mm。作為車輛的一個重要承載、防護(hù)部件，底甲板性能的好壞直接影響到車輛使用的安全性和可靠性。成型過程存在起皺、回彈變形等問題，為確保能連續(xù)、穩(wěn)定地加工出滿足使用要求的產(chǎn)品，本文對底甲板熱壓成型工藝進(jìn)行了試驗(yàn)研究，通過應(yīng)用Dynaform有限元分析軟件對成型過程、模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析[6-7]。

圖1　壓型工藝流程

圖2　底甲板結(jié)構(gòu)圖

1材料性能分析

1.1密度

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)可知，616鋼板的密度為7.8 g/cm3。

1.2彈性模量

表1　特種鋼板不同溫度對應(yīng)的彈性模量

1.3泊松比

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)可知，616鋼板在不同變形溫度下所對應(yīng)的泊松比見表2。

表2　特種鋼板不同溫度對應(yīng)的泊松比

1.4各項(xiàng)異性系數(shù)

根據(jù)Dynaform軟件數(shù)據(jù)庫提供的材料數(shù)據(jù)可知，616鋼板各項(xiàng)異性系數(shù)為：R0=1.73，R45=1.35，R90=2.18。

1.5應(yīng)力-應(yīng)變曲線

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)可知，616鋼板在700、800和900 ℃的應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖3所示。

伴隨科技的跨越式發(fā)展，我國電力系統(tǒng)的智能化建設(shè)及自動化水平持續(xù)提升，自動化技術(shù)在配電網(wǎng)運(yùn)用的程度愈發(fā)增加得配電網(wǎng)的運(yùn)行更加可靠、安全、高效，極大地增強(qiáng)了配電網(wǎng)執(zhí)行任務(wù)的效率，進(jìn)而為用戶供應(yīng)優(yōu)質(zhì)化的供電服務(wù)優(yōu)質(zhì)指明了前進(jìn)動力。本文通過論述當(dāng)前電力系統(tǒng)配電網(wǎng)運(yùn)行中暴露的主要問題，接著就配電網(wǎng)自動化技術(shù)的應(yīng)用提出若干可靠的實(shí)施策略。

圖3　616鋼板的不同溫度應(yīng)力-應(yīng)變曲線

2工藝參數(shù)

工藝參數(shù)如下。

1)坯料尺寸。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的工藝參數(shù)，模擬過程中坯料的尺寸為：2 700 mm×1 230 mm×6 mm。

2)板料加熱溫度。模擬過程中板料的加熱溫度分別為700、800和900 ℃。

3)壓制速度。模擬過程中上模的壓制速度為500 mm/s。

4)摩擦因數(shù)。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)可知，摩擦因數(shù)為0.5。

5)保壓時間。模擬過程中保壓時間分別為15、20和30 s。

6)模具間隙。模具閉合間隙分別取5.9、6.2和6.6 mm。

3616鋼板熱沖壓成型模擬結(jié)果與分析

3.1不同閉合間隙熱沖壓成型模擬結(jié)果對比與分析

3.1.1不同閉合間隙熱沖壓成型過程結(jié)束后板料主應(yīng)變模擬結(jié)果對比與分析

當(dāng)變形溫度為900 ℃時，616鋼板熱沖壓成型過程結(jié)束后的板料主應(yīng)變模擬結(jié)果如圖4所示。從圖4可以看出，上表面凸起邊緣位置主應(yīng)變較大，其余位置主應(yīng)變非常小；閉合間隙5.9、6.2和6.6 mm所對應(yīng)的主應(yīng)變分別為-0.01～0.220、-0.01～0.210和-0.009～0.210 mm，可見主應(yīng)變最大值隨著閉合間隙的增大呈降低趨勢。

圖4　熱沖壓成型過程結(jié)束后板料主應(yīng)變模擬結(jié)果

3.1.2不同閉合間隙熱沖壓成型過程結(jié)束后的板料厚度模擬結(jié)果對比與分析

當(dāng)變形溫度為900 ℃時，616鋼板熱沖壓成型過程結(jié)束后的板料厚度模擬結(jié)果如圖5所示。從圖5可以看出，板料最厚的位置為筋兩側(cè)，最薄的位置為上表面凸起邊緣位置；閉合間隙5.9、6.2和6.6 mm所對應(yīng)的厚度分別為4.826～6.508、4.877～6.495和4.875～6.489 mm，由此可見，厚度最大值隨著閉合間隙的增大而減小，厚度最小值隨著閉合間隙的增大而增大。

3.1.3不同閉合間隙熱沖壓回彈過程結(jié)束后板料回彈距離模擬結(jié)果對比與分析

當(dāng)變形溫度為900 ℃時，616鋼板熱沖壓回彈過程結(jié)束后的板料回彈距離模擬結(jié)果如圖6所示。從圖6可以看出，板料上表面中間位置負(fù)向回彈距離較大，板料兩側(cè)彎曲位置正向回彈距離較大；閉合間隙5.9、6.2和6.6mm所對應(yīng)的回彈距離分別為-4.106～4.556、-5.782～4.765和-5.798～4.854 mm，可見回彈距離隨著閉合間隙的增大呈增大趨勢。

圖5　熱沖壓成型過程結(jié)束后板料厚度模擬結(jié)果

圖6　熱沖壓回彈過程結(jié)束后板料回彈距離模擬結(jié)果

3.1.4小結(jié)

變形溫度為900 ℃時，對應(yīng)閉合間隙5.9、6.2和6.6 mm，板料熱沖壓成型模擬結(jié)果對比見表3。從表3可以看出，隨著閉合間隙增大，主應(yīng)變呈降低趨勢，板厚最大值呈降低趨勢，回彈距離呈增大趨勢。

表3　不同閉合間隙板料熱沖壓工藝模擬結(jié)果對比表　(mm)

3.2不同保壓時間熱沖壓成型模擬結(jié)果對比與分析

3.2.1不同保壓時間熱沖壓成型過程結(jié)束后板料主應(yīng)變模擬結(jié)果對比與分析

當(dāng)閉合間隙為5.9 mm，變形溫度為900 ℃時，616鋼板熱沖壓成型過程結(jié)束后的板料主應(yīng)變模擬結(jié)果如圖7所示。從圖7可以看出，上表面凸起邊緣位置的主應(yīng)變較大，其余位置的主應(yīng)變非常??；保壓時間為15、20和30 s所對應(yīng)的主應(yīng)變分別為-0.001～0.124、-0.001～0.094和-0.001～0.078 mm，由此可見，主應(yīng)變量隨著保壓時間延長呈降低趨勢。

圖7　熱沖壓成型過程結(jié)束后板料主應(yīng)變模擬結(jié)果

3.2.2不同保壓時間熱沖壓成型過程結(jié)束后板料厚度模擬結(jié)果對比與分析

當(dāng)閉合間隙為5.9 mm，變形溫度為900 ℃時，616鋼板熱沖壓成型過程結(jié)束后的板料厚度模擬結(jié)果如圖8所示。從圖8可以看出，上表面凸起邊緣位置最薄，筋兩側(cè)位置最厚；保壓15、20和30 s所對應(yīng)的厚度分別為5.522～6.627、5.525～6.466和5.517～6.268 mm，由此可見，板料厚度最大值隨保壓時間延長呈降低趨勢。

圖8　熱沖壓成型過程結(jié)束后板料厚度模擬結(jié)果

3.2.3不同保壓時間熱沖壓回彈過程結(jié)束后板料回彈距離模擬結(jié)果對比與分析

當(dāng)閉合間隙為5.9 mm，變形溫度為900 ℃時，616鋼板熱沖壓回彈過程結(jié)束后的板料回彈距離模擬結(jié)果如圖9所示。從圖9可以看出，上表面中間位置負(fù)向回彈距離較大，板料兩側(cè)彎曲位置正向回彈距離較大；保壓15、20和30 s所對應(yīng)的回彈距離分別為-2.330～3.617、-2.120～2.833和-2.189～2.083 mm，由此可見，板料回彈距離隨保壓時間延長呈降低趨勢。

圖9　熱沖壓回彈過程結(jié)束后板料回彈距離模擬結(jié)果

3.2.4小結(jié)

當(dāng)閉合間隙為5.9 mm，變形溫度為900 ℃時，對應(yīng)保壓時間15、20和30 s，板料熱沖壓成型模擬結(jié)果對比見表4。從表4可以看出，當(dāng)保壓時間延長，主應(yīng)變量呈降低趨勢，板厚最大值呈降低趨勢，回彈距離呈降低趨勢。

表4　不同閉合間隙板料熱沖壓工藝模擬結(jié)果對比表

3.3不同變形溫度熱沖壓成型模擬結(jié)果對比與分析

3.3.1不同變形溫度熱沖壓成型過程結(jié)束后板料主應(yīng)變模擬結(jié)果對比與分析

當(dāng)閉合間隙為5.9 mm時，對應(yīng)變形溫度700、800和900 ℃，616鋼板熱沖壓成型過程結(jié)束后的板料主應(yīng)變模擬結(jié)果如圖10所示。從圖10可以看出，上表面凸起邊緣位置主應(yīng)變較大，其余位置主應(yīng)變非常??；變形溫度700、800和900 ℃所對應(yīng)的主應(yīng)變量分別為-0.010～0.183、-0.011～0.193和-0.010～0.220 mm，由此可見，主應(yīng)變量隨變形溫度升高呈增大趨勢。

圖10　熱沖壓成型過程結(jié)束后板料主應(yīng)變模擬結(jié)果

3.3.2不同變形溫度熱沖壓成型過程結(jié)束后板料厚度模擬結(jié)果對比與分析

當(dāng)閉合間隙為5.9 mm時，對應(yīng)變形溫度700、800和900 ℃，616鋼板熱沖壓成型過程結(jié)束后的板料厚度模擬結(jié)果如圖11所示。從圖11可以看出，上表面凸起邊緣位置最薄，筋兩側(cè)位置最厚；變形溫度700、800和900 ℃所對應(yīng)的厚度分別為5.009～6.537、4.951～6.526和4.826～6.508 mm，由此可見，板料厚度的最大值和最小值均隨變形溫度升高而降低。

圖11　熱沖壓成型過程結(jié)束后板料厚度模擬結(jié)果

3.3.3不同變形溫度熱沖壓回彈過程結(jié)束后板料回彈距離模擬結(jié)果對比與分析

當(dāng)閉合間隙為5.9 mm時，對應(yīng)變形溫度700、800和900 ℃，616鋼板熱沖壓回彈過程結(jié)束后的板料回彈距離模擬結(jié)果如圖12所示。從圖12可以看出，上表面中間位置負(fù)向回彈距離較大，板料兩側(cè)彎曲位置正向回彈距離較大；變形溫度700、800和900 ℃所對應(yīng)的回彈距離分別為-5.936～6.292、-5.311～5.415和-4.106～4.556 mm，可見板料回彈距離隨變形溫度升高呈降低趨勢。

圖12　熱沖壓回彈過程結(jié)束后板料回彈距離模擬結(jié)果

3.3.4小結(jié)

當(dāng)閉合間隙為5.9 mm時，對應(yīng)變形溫度700、800和900 ℃，板料熱沖壓工藝模擬結(jié)果對比見表5。從表5可以看出，當(dāng)變形溫度升高，主應(yīng)變呈增大趨勢，板厚呈降低趨勢，回彈距離呈降低趨勢。

表5　不同閉合間隙板料熱沖壓工藝模擬結(jié)果對比表

5結(jié)語

模擬結(jié)果顯示：當(dāng)閉合間隙分別為5.9、6.2和6.6 mm時，回彈距離分別為-4.106～4.556、-5.782～4.765和-5.798～4.845 mm；當(dāng)變形溫度分別為700、800和900 ℃時，回彈距離分別為-5.936～6.292、-5.311～5.415和-4.106～4.556 mm；當(dāng)保壓時間分別為15、20和30 s時，回彈距離分別為-2.330～3.617、-2.120～2.833和-2.189～2.083 mm。

由此可得，在模擬設(shè)置的熱沖壓參數(shù)范圍內(nèi)，回彈距離隨閉合間隙增大而增大，隨變形溫度升高而減小，隨保壓時間的延長而減小。當(dāng)變形溫度為900 ℃，閉合間隙為5.9 mm，保壓時間為30 s時，熱沖壓工藝回彈距離最小。

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責(zé)任編輯鄭練

Numerical Simulation Analysis of Bottom Seck Press Forming Process based on Dynaform Software

DU Deheng, LI Hongwei, CHEN Yong, CAI Xiaoqing, FENG Heyong,

ZHANG Weihua, CHEN Donghong, ZHOU Zhengguo, GAO Wei

(Beijing North Vehicle Group Corporation, Beijing 100072, China)

Abstract：Because of the complex material flow during the forming process of bottom deck, the products are prone to rebound, so that affect the dimension precision of the product. With the actual need for produce and according to the characteristics of the product, analyze the distribution of stress and strain and rebound in the forming process of molding parameters in different conditions during the bottom deck pressing process with Dynaform software. According to the simulation result, analyze the influence of die clearance, pressure holding time, temperature and other process parameters on the forming quality of stamping parts, predict the quality problem of the product during the forming process, and provide the theory basis for the technological design and the die structure improvement, which can improve the dimension precision of the product during the forming process.

Key words:Dynaform, numerical simulation, bottom deck, press forming

收稿日期：2015-04-13 2015-05-21

作者簡介：昝小舒(1980-)，男，講師，博士，主要從事熱工自動控制、新能源發(fā)電和儲能技術(shù)等方面的研究。 杜德恒(1983-)，男，碩士，工程師，主要從事壓力加工工藝等方面的研究。

中圖分類號：TG 376.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A